CN103025897A - 弹簧的制造方法和通电加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制造弹簧的方法，为消除成形工序中产生的加工应力而进行热处理，采用该方法能缩短热处理工序所需的时间。该制造方法具有以下工序：成形工序（步骤S10），使弹簧钢成形成弹簧形状；热处理工序（步骤S12），消除上述成形工序中产生于弹簧钢中的加工应力。热处理工序采用通电加热方式，向弹簧钢通电对其进行加热，该热处理工序具有：第1工序，使弹簧钢的温度达到预先设定的设定温度；第2工序，其在第1工序之后进行，将弹簧钢在设定温度下保持预先设定的设定时间。其中，设定温度被设定为高于430℃并且低于500℃。

Description

弹簧的制造方法和通电加热装置

技术领域

本发明涉及一种弹簧的制造技术。更详细地讲，为了消除弹簧钢在加工中产生的应力，需要进行热处理，本发明涉及缩短热处理所需时间的技术。

背景技术

对弹簧钢进行塑性加工（例如弯折加工、扭曲加工）而成形成弹簧形状时，弹簧钢会产生加工应力。由于加工应力会给弹簧特性（例如耐久性、耐永久应变性能）带来不利影响，因此，对弹簧钢进行加工而使其具有弹簧形状之后对其进行热处理（所谓的退火处理），用以消除产生于弹簧钢中的加工应力（日本弹簧学会编写的“弹簧”第4版第463~466页、丸善株式会社）。该热处理中，通常使用热风炉或红外线加热炉这样的加热炉。利用上述加热炉进行热处理时，从加热炉的一端投入已成形成弹簧形状的弹簧钢。投入加热炉中的弹簧钢边向加热炉的另一端传送边被加热，之后从加热炉的另一端取出。这样对弹簧钢进行热处理就能够消除产生于弹簧钢中的加工应力。另外，该热处理中，一般将处理温度设定为380~430℃、处理时间设定为20~60分钟。

采用生产线生产的方式来制造弹簧时（即、批量生产弹簧时），完成弹簧钢的成形工序之后，已经成形的弹簧钢被传送到热处理工序而在该热处理工序中进行热处理。现有制造方法中有以下问题：与成形工序所需的时间相比，热处理工序所需的时间更长。即，现有制造方法中，成形工序所需的时间为4~60秒，与之相比，热处理工序所需的时间则为20~60分钟。因此，将成形工序和热处理工序结合起来制造弹簧时，在同一时间内进入到热处理工序中会有众多的工件。例如，成形工序所需的时间为30秒，热处理工序中每隔30秒就有弹簧钢进入，而热处理工序所需的时间为30分钟，因而在热处理工序中会同时存在60个弹簧钢。这样会导致以下问题出现：热处理用加热炉变得很大，其加热效率下降。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供如下一种技术：为了消除成形工序中产生的加工应力而进行热处理时能够缩短热处理工序所需时间的技术。

本说明书中记载有弹簧的制造方法，该制造方法具有以下工序：成形工序，使弹簧钢成形成弹簧形状（预先设定的形状）；热处理工序，消除上述成形工序中产生于弹簧钢中的加工应力。该热处理工序具有以下工序：第1工序，采用通电加热方式，向弹簧钢通电对其进行加热以使弹簧钢的温度达到预先设定的设定温度；第2工序，其在第1工序之后进行，将弹簧钢在设定温度下保持预先设定的设定时间。其中，设定温度被设定为高于430℃并且低于500℃。这里所说的设定温度，意为弹簧钢中有电流流动的部位的表面温度。

上述制造方法中，由于采用通电加热方式加热弹簧钢，所以弹簧钢能在短时间内被加热至设定温度。另外，弹簧钢的热处理温度（设定温度）被设定为高于430℃并且低于500℃，其温度高于现有方法中的热处理温度（380~430℃）。因上述原因，既能在短时间内消除成形工序中产生于弹簧钢中的加工应力，还能在较短时间内完成热处理工序。

还有，之所以将设定温度设定为高于430℃并且低于500℃，其原因如下：如果设定温度低于430℃，不能充分地缩短热处理时间，相反，如果设定温度超过500℃，弹簧钢的金相组织发生改变从而使得机械特性产生变化。

上述制造方法中，优选这样对设定温度进行设定：使得第1工序和第2工序所需的时间在1分钟以内并且第2工序的设定时间在5秒以上。采用该方法时，成形工序所需的时间和热处理工序所需的时间之差变小，从而能高效地制造弹簧。

另外，上述热处理工序中，优选对弹簧钢的温度进行计测，再根据计测到的温度来控制向弹簧钢通电的电流和时间。虽然提高热处理温度（设定温度）能在短时间内完成所需的量的热处理，但是这样一来，热处理温度产生偏差时热处理量的偏差会变大。因此，通过根据计测到的弹簧钢的温度来控制电流和时间，就能够对弹簧钢进行适当的量的热处理。

另外，本说明书中记载有能很好地对螺旋弹簧进行通电加热的装置，该通电加热装置具有：能与螺旋弹簧的一端电连接的第1电极以及能夹住该螺旋弹簧的一端的第1夹紧机构；能与螺旋弹簧的另一端电连接的第2电极以及能夹住该螺旋弹簧的另一端的第2夹紧机构；用于在第1电极和第2电极之间形成电压的电源装置。其中，第1夹紧机构和第2夹紧机构的至少一方相对于另一夹紧机构既能沿螺旋弹簧的轴线方向移动又能绕螺旋弹簧的轴线转动。该装置中，即使螺旋弹簧因通电加热而产生热变形，由于其中之一的夹紧机构能相对于另一夹紧机构产生位移，所以能够防止在螺旋弹簧中产生多大的应力。

附图说明

图1是表示实施例中的弹簧的制造方法的流程图。

图2是示意性地表示图1中的步骤S12之间的温度曲线的图。

图3是示意性地表示能用于步骤S12的处理中的通电加热装置的侧视图。

图4是表示图3中的通电加热装置的俯视图。

图5是表示热处理量（热处理之后的残余应力和硬度）变得相同的热处理温度和时间的关系的图。

具体实施方式

下面说明实施例中的弹簧的制造方法。本实施例中，作为弹簧的一种，举例说明制造汽车悬架用螺旋弹簧（以下称为悬架用螺旋弹簧）时的情形。悬架用螺旋弹簧设置在车身和车轮之间，用于向车轮施加作用力以使该车轮推压路面。该悬架用螺旋弹簧是将弹簧钢成形成螺旋形而制成。弹簧钢可以使用与轴线方向垂直相交的截面的截面积一定的弹簧钢线材。作为上述弹簧钢线材，例如可以使用线径=φ3~20mm的油淬火线材（SUP12（日本工业标准JIS G4801）、SWOSC-B（日本工业标准JIS G3560））。

制造悬架用螺旋弹簧时，如图1所示，首先对弹簧钢进行冷弯卷加工或温弯卷加工而将其成形成螺旋形（步骤S10）。使弹簧钢成形成弹簧形状时，可以采用将弹簧钢卷绕在带槽的心轴（丝杠）上的丝杠方式或使用引导辊的数控卷绕方式。在该步骤S10的成形工序中，弹簧钢会产生加工应力。

接下来，对已经成形成螺旋形的弹簧钢进行热处理（退火处理）（步骤S12）。该热处理采用通电加热方式，通电加热时，向作为处理对象的弹簧钢通电用以加热该弹簧钢。通过采用通电加热的方式，能在短时间内使弹簧钢的温度升至所需的温度。还有，由于悬架用螺旋弹簧所用的弹簧钢为截面积一定的弹簧钢线材，所以整个弹簧钢会被均匀地加热，从而能对整个弹簧钢进行均匀的热处理。

在步骤S12的热处理中，如图2所示，具有以下工序：第1工序（0~t₁），加热弹簧钢而使其温度达到预先设定的设定温度T₁；第2工序（t₁~t₂），将已加热至设定温度T₁的弹簧钢在设定温度T₁下保持预先设定的设定时间。第2工序结束后（即、步骤S12的热处理结束后）切断在弹簧钢中流动的电流，使弹簧钢自然冷却（t₂以后）。

上述设定温度T₁被设定为高于430℃并且低于500℃。通过使设定温度高于430℃，与现有方法中的热处理温度（380~430℃）相比，能将弹簧钢加热至较高的温度，从而能在短时间内结束热处理。另外，通过使设定温度低于500℃，能防止弹簧钢的金相组织发生改变从而能够防止因进行热处理而使弹簧钢的机械特性产生变化的情况发生。

另外，设定温度T₁也能根据进行步骤S12的热处理的时间（0~t₂）来设定。图5表示热处理之后的弹簧钢（SUP12）的残余应力和硬度变得相同的热处理条件（即对弹簧钢进行相同的量的热处理的条件）。对于图中的○和●而言，虽然热处理之后的残余应力和硬度为不同的数值，但是对于○之间和●之间而言，热处理之后的残余应力和硬度为相同的数值。由图5可知，处理时间随着热处理温度的上升而变短。因此，若想缩短处理时间只要提高热处理温度（设定温度T₁），反之想加长处理时间只要降低热处理温度（设定温度T₁）即可。所以首先设定步骤S12的热处理时间，再根据已设定好的热处理时间来对设定温度T₁进行设定时，就能在设定的热处理时间内对弹簧钢进行适当的量的热处理。还有，优选根据步骤S10的成形工序所需的时间来适当设定步骤S12的热处理时间。这样进行设定，能使成形成弹簧形状的装置的台数和热处理装置的台数有一个合适比例。

例如可以这样设定步骤S12的热处理时间并根据该设定时间来对设定温度T₁进行设定：第1工序和第2工序所需的时间（即、0~t₂）在1分钟以内并且第2工序所需的时间在5秒以上。通过使第1工序和第2工序所需的时间（即、0~t₂）在1分钟以内，可以使步骤S10的成形处理时间和步骤S12的热处理时间相同或减小其差值。这样，可以减少用于批量生产悬架用螺旋弹簧的制造生产线上所设置的热处理装置的数量。下面举个具体例子进行说明。例如成形装置每隔30秒制成1个螺旋弹簧，而热处理装置的处理时间为每隔5分钟完成1个时，对于1台成形装置需要10台热处理装置。但是，如果热处理装置的处理时间为每隔1分钟完成1个时，对于1台成形装置只需要2台热处理装置即可，这样能减少所需的热处理装置的数量。

这里，对能够在步骤S12的热处理中使用的通电加热装置的一个例子进行说明。如图3、4所示，通电加热装置具有：夹紧机构（24a、26a），由其夹住弹簧钢22的上端22a；夹紧机构（24b、26b），由其夹住弹簧钢22的下端22b；电源装置50。

夹紧机构（24a、26a）具有夹紧部件24a、26a。如图4所示，电极25a、23a分别安装在夹紧部件24a、26a上。电极25a、23a上形成有模仿了弹簧钢22的形状的接触面。电极25a、23a与电源装置50连接。

在未图示的执行元件的作用下，夹紧部件24a、26a能在相互接近的位置（夹紧位置）和相互远离的位置（松开位置）之间移动。夹紧部件24a、26a移至夹紧位置时，弹簧钢22的上端22a被电极25a、23a夹住。这样来实现弹簧钢22和电极25a、23a之间的电连接。另一方面，夹紧部件24a、26a移至松开位置时，弹簧钢22的上端22a与电极25a、23a呈非接触状态。还有，夹紧机构（24a、26a）能围绕弹簧钢22的卷绕轴线（即、悬架用螺旋弹簧的轴线）转动。这样，即使弹簧钢22因通电加热而产生应力时也能适应该应力。

用于夹住弹簧钢22的下端22b的夹紧机构（24b、26b）的构成大致同于上述夹紧机构（24a、26a）。但是夹紧机构（24b、26b）与夹紧机构（24a、26a）的不同之处在于，前者在未图示的执行元件的作用下在图3中的上下方向上被驱动。夹紧机构（24b、26b）在上下方向上被驱动时，能将弹簧钢22设置在通电加热装置中或取出。还有，与上述夹紧机构（24a、26a）一样，在未图示的执行元件的作用下，夹紧机构（24b、26b）也能在夹紧位置和松开位置之间移动，还能围绕弹簧钢22的卷绕轴线转动。

如图3、4所示，上述通电加热装置还具有用于支承弹簧钢22的下端22b的卡具28和用于支承弹簧钢22的上端22a的卡具42。在卡具28上形成有模仿了弹簧钢22的下端22b的形状的接触面28a。卡具28在液压装置34的作用下被上下驱动。液压装置34具有液压缸30和能相对于液压缸30进行伸缩动作的活塞杆32。卡具28安装在活塞杆32的顶端。卡具42的构成也与上述卡具28的相同。即卡具42具有模仿了弹簧钢22的上端22a的形状的接触面42a，在具有液压缸36和活塞杆38的液压装置40的作用下被上下驱动。由卡具28和卡具42来支承弹簧钢22的两端时，能精准地将弹簧钢22定位在所需的位置上。

还有，利用上述通电加热装置对弹簧钢22进行通电加热时可按以下步骤进行。首先，使夹紧机构（24b、26b）和卡具28呈避让到下方的状态。接着，用未图示的机械手将弹簧钢22设置在卡具42中。即，驱动机械手而使弹簧钢22的上端22a抵接卡具42并且将该弹簧钢22定位在卡具42中。与此同时，由夹紧机构（24a、26a）夹住弹簧钢22的上端22a。之后，卡具28和夹紧机构（24b、26b）向上移动，其后由夹紧机构（24b、26b）夹住弹簧钢22的下端22b。弹簧钢22的上端22a和下端22b被夹住后，在该状态下由电源装置50使弹簧钢22的上端和下端之间形成电压以向弹簧钢22通电。这样对弹簧钢22进行加热。对弹簧钢22的通电加热结束时，夹紧机构（24b、26b）松开弹簧钢22的下端22b，之后卡具28和夹紧机构（24b、26b）避让到下方。接着，由未图示的机械手把持弹簧钢22时，夹紧机构（24a、26a）松开弹簧钢22的上端22a。之后由机械手将弹簧钢22送至装置外。

还有，对弹簧钢22进行通电加热时，弹簧钢22受热而形变。本实施例中，对应于弹簧钢22的形变而使夹紧机构（24b、26b）在上下方向上移动，同时还使夹紧机构（24a、26a）、（24b、26b）围绕弹簧钢22的轴线转动。这样能吸收弹簧钢的热形变。

进行完上述热处理之后，接下来对弹簧钢的表面进行喷丸处理（图1中的步骤S14）。这样能够赋予弹簧钢的表面压缩残余应力以利于提高悬架用螺旋弹簧的耐久性。另外，在步骤S12的热处理工序中去掉形成在弹簧钢表面的表面氧化膜以提高涂装效果。

接着对已经过喷丸处理的弹簧钢进行加热（步骤S16）。这样能改善悬架用螺旋弹簧的耐永久应变性能。该加热处理中，加热弹簧钢以使其表面温度达到预先设定的设定温度（例如190~300℃）。还有，该加热处理中可以采用各种加热方法，例如高速热风加热方法（风速在10m/s以上）、感应加热方法、红外线加热方法、通电加热方法等。

步骤S16的弹簧钢的加热处理结束之后弹簧钢被自然冷却，接着将涂料喷涂在弹簧钢表面（步骤S18）。在喷涂涂料时，例如可以采用使涂料呈雾状并用高压空气进行喷涂的喷涂方法。或者还可以采用静电涂装方法来喷涂涂料。

在结束向弹簧钢表面喷涂涂料的工序之后，加热弹簧钢并将喷涂在弹簧钢表面上的涂料烘烤到弹簧钢表面上（步骤S20）。加热弹簧钢时可利用加热炉或热风枪。

上述本实施例的悬架用螺旋弹簧的制造方法中，由于在步骤S12的处理中，既采用通电加热方式又使用高于现有技术的温度对弹簧钢进行热处理，所以能够缩短步骤S12的处理时间。因此，能够减小步骤S10的成形工序所需的时间和步骤S12的热处理工序所需的时间之差，这样可减少设置在生产线上的热处理设备的数量，从而能高效地制造悬架用螺旋弹簧。

上面详细说明了本发明的具体实施例，但是这些实施例只是几个示例而已，并不用来限定本专利申请的保护范围。本专利申请的权利要求书中所记载的技术方案包含对上述示例的具体实施例进行各种变型、改变后的技术方案。

例如，在上述实施例中，举了制造悬架用螺旋弹簧的例子，但是本发明所述的技术在制造悬架用螺旋弹簧以外的弹簧时也适用。例如用于制造稳定杆、扭杆等。

另外，为了更好地进行步骤S12的热处理，还可用非接触式温度计（如放射温度计、温度记录器）来测定弹簧钢的表面温度，再根据测到的该表面温度来控制向弹簧钢通电的电流和时间。这样能精准地控制弹簧钢的温度，就能够对弹簧钢进行适当的量的热处理。

另外，在上述实施例中，举了下述例子：对弹簧钢进行冷弯卷加工或温弯卷加工而使其具有弹簧形状，此时会产生加工应力，为消除该加工应力而进行热处理（退火处理），处理时采用本发明的通电加热方式。但是，本说明书中记载的技术方案并不局限于上述例子。也可对弹簧钢近热弯折加工而使其具有弹簧形状，将本说明书中记载的通电加热方式应用于淬火处理后进行的热处理工序（回火处理）。

本说明书或者附图中所说明的技术特征，并不局限于申请时权利要求书中所述的组合，其单独或者通过各种组合而具有技术实用性。另外，虽然本说明书或者附图所示的技术方案能同时实现多个目的，但是只要实现其中的一个目的其也具有技术实用性。

Claims (4)

1.一种制造弹簧的方法，该方法具有以下工序：

成形工序，用于使弹簧钢成形成弹簧形状；

热处理工序，消除弹簧钢在上述成形工序中产生的加工应力，其特征在于，

所述热处理工序具有以下工序：第1工序，采用通电加热方式，向弹簧钢通电对其进行加热，使弹簧钢的温度达到预先设定的设定温度；第2工序，其在第1工序之后进行，将弹簧钢在设定温度下保持预先设定的设定时间，

其中，上述设定温度被设定为高于430℃并且低于500℃。

2.根据权利要求1所述的制造弹簧的方法，其特征在于，

上述设定温度这样来设定：使得第1工序和第2工序所需的时间在1分钟以内并且上述设定时间在5秒以上。

3.根据权利要求1或2所述的制造弹簧的方法，其特征在于，

上述热处理工序中，对弹簧钢的温度进行计测，再根据计测到的温度来控制向弹簧钢通电的电流和时间。

4.一种对螺旋弹簧进行通电加热的通电加热装置，其特征在于，具有：

能与螺旋弹簧的一端电连接的第1电极以及能夹住该螺旋弹簧的一端的第1夹紧机构；

能与螺旋弹簧的另一端电连接的第2电极以及能夹住该螺旋弹簧的另一端的第2夹紧机构；

用于在第1电极和第2电极之间形成电压的电源装置，其中，

第1夹紧机构和第2夹紧机构的至少一方相对于另一夹紧机构既能沿螺旋弹簧的轴线方向移动又能绕螺旋弹簧的轴线转动。

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